Osmoza - co to właściwie jest

Zazwyczaj osoby zapytane "co to jest osmoza?", sięga pamięcią do czasów szkolnych. Na lekcjach biologii uczono, że dzięki osmozie woda przenika do wnętrza komórek zapewniając właściwe stężenie soli mineralnych.

Żeglarze kojarzą osmozę ze zniszczonym kadłubem, osłabioną konstrukcją jachtu i napełnionymi wodą pęcherzami pomiędzy żelkotem i laminatem.

Może wydawać się, że są to dwie różne rzeczy, które nie mają ze sobą nic wspólnego. Słownik PWN mówi, że osmoza jest to samorzutne przenikanie rozpuszczalnika przez półprzepuszczalną błonę z roztworu o mniejszym stężeniu do roztworu o stężeniu większym. W przypadku jachtów wykonanych z laminatu, półprzepuszczalną błoną jest żywica, żelkot i różne farby, którą pomalowany jest kadłub. Rozpuszczalnikiem natomiast jest woda w której pływa jacht. Zjawisko osmozy jest wywołane solami mineralnymi i innymi związkami mineralnymi rozpuszczalnymi w wodzie. 

Jak przebiega osmoza w laminacie?

Zgodnie z definicją PWN, woda (rozpuszczalnik) przenika przez żelkot (błonę) w kierunku roztworu o wyższym stężeniu. Gdzie w laminacie znajduje się roztwór o wyższym stężeniu soli? Jeżeli jacht pływa po wodach morskich to jest otoczony przez wodę słoną. Czy wysokie stężenie soli w morzu wywołuje osmozę, która niszczy kadłub? Jeżeli by tak było, to woda przenikała by na zewnątrz (w kierunku roztworu o stężeniu wyższym), wyciągając wodę z laminatu. Dzieje się jednak odwrotnie. wyższe stężenie soli musi więc być wewnątrz laminatu.

Producenci tkaniny z której wykonany jest kadłub (zwykle mata szklana), nasączają ją substancją, która zwiększa przyczepność żywicy do włókien. Jest to niezbędne do zapewnienia odpowiedniej wytrzymałości kompozytu. W składzie żywicy również znajdują się śladowe ilości rozpuszczalnych w wodzie związków. Wszystkie te związki chemiczne powodują, że stężenie wewnątrz laminatu jest wyższe niż w wodzie otaczającej kadłub. Powoduje to przenikanie wody do środka.

Wzrost ilości wody w połączeniu z brakiem miejsca, wywołuje wzrost ciśnienia (tzw. ciśnienie osmotyczne). Efektem wzrostu ciśnienia jest powstawanie pęcherzy wewnątrz laminatu. Na początku pojawiają się one pomiędzy żelkotem i laminatem, W raz z upływem czasu osmoza wchodzi głębiej i pojawiają się w laminacie, pomiędzy warstwami maty szklanej.

Czy kadłub zniszczony korozję wywołaną osmozą ma mniejszą wytrzymałość?

Podczas eksploatacji jachtu pojawiają się różne naprężenia w kadłubie. Odpowiednia wytrzymałość na ściskanie oraz rozciąganie jest niezbędna aby zapewnić bezpieczeństwo żeglugi. Wytrzymałość na rozciąganie nadają włókna zaś wytrzymałość na ściskanie oraz sztywność konstrukcji uzyskuje się dzięki żywicy i odpowiedniemu połączeniu ich z matą szklaną. Warstwy znajdujące się na powierzchni (takie jak żelkot, farby), praktycznie nie mają wpływu na wytrzymałość jachtu. 

Jeżeli pęcherze wywołane przez osmozę znajdują się wyłącznie tuż pod żelkotem to praktycznie nie mają one wpływu na wytrzymałość konstrukcji. Jeżeli natomiast woda przeniknęła pomiędzy warstwy maty szklanej, oddzielając je od siebie, to w tych miejscach można spodziewać się osłabienia konstrukcji. Spadek wytrzymałości jest uzależniony od tego, jak głęboko wniknęła woda i jak duże są pęcherze. 

Aby przeanalizować spadek wytrzymałości, należy poznać przede wszystkim grubość laminatu oraz w jakim procencie uległ korozji, ułożenie włókien w poszczególnych warstwach kompozytu itp. Każdy przypadek należy oceniać osobno.

Czy osmozie podlegają tylko wyroby wykonane z laminatu?

W wyniku osmozy woda może przenikać przez różne materiały. Te procesy przebiegają zarówno w tworzywach sztucznych, betonie, drewnie itp. Nie w każdym materiale wywołują jednak zniszczenia. Drewno zanurzone w wodzie pęcznieje ponieważ woda wnika do środka, zwiększając jego masę oraz objętość. Nie powoduje to jednak powstawania pęcherzy zmniejszających jego wytrzymałość. Beton czasami pęka w wyniku rozsadzania go przez wodę. Jest to spowodowane przez wodę, która zwiększa swoją objętość zamarzając w szczelinach oraz przez wzrost ciśnienia osmotycznego.

Czy osmozie można zapobiec?

Osmoza jest sposobem przenikania wody przez materiał Niektóre materiały przepuszczają wodę wolniej, inne szybciej. Osmozie nie da się zapobiec. można ją jedynie spowolnić nanosząc dodatkowe warstwy, które ograniczają dostęp wody do środka. Dostępnych jest wiele rodzajów farb, które znacząco spowalniają przenikanie wody.

Jaki wpływ na korozję laminatu mają ujemne temperatury?

Jeżeli w wyniku osmozy woda wniknęła do środka laminatu to może zamarznąć w zimę, po wyjęciu jachtu z wody. Jaki ma to wpływ na niszczenie laminatu?

Oczywistym jest, że woda w ujemnej temperaturze zamarza zwiększając swoją objętość. Należy pamiętać, że woda przeniknęła do środka laminatu ponieważ było tam duże stężenie soli. Woda słona zamarza w niższej temperaturze niż woda słodka. Wzrost objętości wody będzie następował w niższej temperaturze. Woda zwiększa swoją objętość w raz ze spadkiem temperatury, czyli ta sama ilość wody będzie zajmowała więcej miejsca w temperaturze -20 stopni niż -1 stopień. Nie jest więc groźny sam fakt zamarzania wody, tylko to, jak bardzo spadnie temperatura podczas zimy. 

Woda zwiększa swoją objętość nie tylko po zamarznięciu, ale również po ogrzaniu. określona ilość wody w temperaturze +30 stopni będzie zajmowała mniej miejsca w temperaturze 0 stopni. W raz ze spadkiem temperatury jej objętość zacznie ponownie rosnąć.

Co ma wpływ na powstawanie korozji laminatu wywołanej przez osmozę?

Aby kadłub jachtu nie uległ zniszczeniu, nie można dopuścić do powstania pęcherzy wewnątrz laminatu. Należy pamiętać, że pęcherze powstają w momencie, kiedy laminat jest otoczony przez wodę (stężenie soli dookoła jest niewielkie) zaś kadłub wysycha po wyjęciu jachtu z wody. Pozostawianie go na zimę w wodzie (co jest częste w rejonach, gdzie zima jest łagodna) powoduje, że woda przez cały rok przenika do środka rozsadzając laminat. Wyjęcie jachtu z wody na 6 miesięcy powoduje, że kadłub nasiąka przez pół roku oraz wysycha przez drugą połowę.

Kolejnym czynnikiem, mającym wpływ na szybkość osmozy jest temperatura. Im cieplej, tym szybciej. Jeżeli jacht pływa w rejonie, gdzie temperatura wody dochodzi do 30 stopni, to osmoza będzie przebiegała szybciej niż w takim samym jachcie eksploatowanym na wodach zimnych. Temperatura ma wpływ również na szybkość wysychania laminatu po wyjęciu go z wody. Jeżeli do środka laminatu w sezonie letnim wniknęła pewna ilość wody (średnia temperatura wody 18 stopni C) to ta sama ilość wody będzie potrzebowała więcej czasu na wydostanie się na zewnątrz w trakcie postoju na lądzie w zimę (średnia temperatura 0 stopni C).

JMaster.pl - szkolenia dla każdego